Виды и причины происхождения землетрясений

Для разработки противооползневых мероприятий  важно знать основные формы нарушения  устойчивости склонов и откосов. Оползневая форма является результатом  природной обстановки, к которой  относится неотектоника, климат, рельеф местности, геологические особенности  структур толщи склона, инженерно-геологические  свойства горных пород, гидрогеологические особенности водотока, режим грунтовых  вод и т. д. На формы оползня  влияют также причины, вызывающие нарушения  устойчивости склона или откоса. Обвалы и вывалы характеризуются неожиданностью проявления и более всего происходят у скальных и глинистых, сцементированных пород с выраженными трещинами  и крутыми уступами. В таких  породах опасно замерзание воды, потому что при оттаивании льда днем возникают  опасные камнепады. Обвалы могут  возникнуть в связи с землетрясениями, при подмыве водой крутых берегов, подстилаемых неустойчивыми породами. Для склонов и откосов, сложенных  глинистыми однородными породами, возможно обрушение со срезом и вращением. В этом случае создается перенапряжение под действием собственного веса грунта и в откосе появляются поверхности  с опасностью сдвига по ним определенной части толщи. Линии возможного среза  откоса имеют криволинейный характер и ниже переходят в прямую или  ломаные линии. Перемещение оползающего  клина происходит с вращением  вокруг одного из нескольких центров  вследствие криволинейной линии  среза. Скол при просадке обусловлен выдавливанием из основания откоса слабых размягченных пород, выпиранием из толщи плывунов. Сколотые блоки перемещаются по склону с небольшой скоростью, а сам скол протекает очень быстро. Оползень-скольжение имеет отчетливо выраженную поверхность скольжения с углом падения в сторону склона и перемещением по поверхности скольжения глыб и пачек пород. Скольжение в данном случае происходит по маломощным глинистым прослойкам, контакту двух слоев, линиям Тектонических разломов. Решающую роль здесь всегда играет выветривание и смачивание водой поверхности скольжения. Покровные толщи могут перемещаться по увлажненным глинистым прослойкам при их слабом падении в результате фильтрационного давления грунтовых вод. Наиболее часто встречающейся формой оползневого процесса являются покровные оползни - оползания. Характерным для них является отсутствие поверхностей скольжения. Роль секущей массива склона выполняют поверхности коренных пород (поверхности оползания). Оплыв возникает при перемещении по склону обильно увлажненных земляных масс, поэтому по существу близок к оползанию грязевого потока. Обычно это возникает при локальном увлажнении земляных масс и их отчленении от толщи пород. При этом отсутствует фиксированная поверхность скольжения, и оплыв происходит локально, в местах выходов грунтовых вод - источников и ключей.

.      Условия, способствующие образованию  оползней

Оползание происходит в рыхлых слабосцементированных  породах вследствие того, что крутой и высокий склон по мере подрезания его рекой, водохранилищем, морем  теряет свою устойчивость, и значительные горные массы крупными блоками начинают смещаться вниз по склону. Оползневое движение всегда связано с наличием грунтовых вод. Их обилие – необходимое  условие оползания. Однако надо себе ясно представлять, что не грунтовые  воды служат причиной оползня. Часто  мы видим, что крутой склон долин  подвержен оползням, а рядом выше или ниже по течению при том  же геологическом строении, при таком  же водообилии водоносных горизонтов и одинаковой высоте уровня подземных  вод никаких оползней нет просто потому, что склон чуть-чуть более  отлог. Оползни редко отмечаются на склонах крутизной менее 10-12 градусов. И при уклоне 15 градусов оползни  возникаю только при благоприятных  геологических и гидрогеологических условиях. Но достаточная влажность  пород, обеспечивающая их пластичность, всегда необходима. Можно сказать, что  при соблюдении ряда необходимых  условий оползни есть функция  крутизны и высоты склона. Но нельзя сказать. Что оползень – есть функция  наличия грунтовых вод. Для возникновения  оползней наиболее благоприятны такие  геологические условия, когда в  основании оползневого склона залегают водоупорные пласты, а выше лежат  водоносные породы. Но даже если склон  и сложен только водоносными породами, а водоупорного пласта нет, всё равно  будет происходить разгрузка  подземных вод, уровень которых  будет плавно снижаться от междуречий в сторону долины или берега моря (озера). При достаточной крутизне и высоте склонов оползни неизбежно  возникнут.

Оползни могут быть вызваны действием  разных факторов. Земная поверхность  состоит главным образом из склонов. Некоторые из них устойчивы, другие в силу различных условий становятся неустойчивыми. Это происходит тогда, когда изменяется угол наклона откоса склона или если склон оказывается  отягощён рыхлым материалом. Тем самым  сила тяжести оказывается больше силы связности грунта. Склон становится нестабильным и при сотрясениях. Поэтому каждое землетрясение в  условиях горного рельефа сопровождается смещениями по склону. Образованию  оползней особенно благоприятствует такое  залегание пород, при котором  падение кровли водоупорных пород  совпадает с направлением уклона поверхности. Водоупорный горизонт при этом служит поверхностью скольжения, по которой более или менее  значительный блок породы соскальзывает  вниз по склону. Неустойчивости склона способствует и повышение обводнённости  грунтов, рыхлых отложений или горных пород. Вода заполняет поры и нарушает сцепление между частицами грунта. Межпластовые воды могут действовать  подобно смазке и облегчать скольжение. Связность горных пород может  быть нарушена при замерзании, и в процессах выветривания. Неустойчивость склонов может быть связана и с изменением вида насаждений либо уничтожением растительного покрова.

Дело  обстоит серьёзно и тогда, когда  скальные горные породы на склоне бывают перекрыты рыхлым материалом или  почвой. Рыхлые отложения легко отделяются от подстилающих пород, особенно если плоскость скольжения “смазана”  водой. Неблагоприятны (с точки зрения возможности возникновения оползней) и те случаи, когда горные породы представлены пластами крепких известняков  или песчаников с подстилающими  более мягкими глинистыми сланцами. В результате выветривания образуется плоскость раздела, и пласты скользят по склону. В этом случае всё зависит  главным образом от ориентировки пластов. Когда направление их падения  и наклон параллельны склону, это  всегда опасно. Сложно точно определить значение угла откоса, более которого склон не устойчив, а менее которого устойчив. Иногда такой критический  угол определяют в 25 градусов. Более  крутые склоны, по-видимому, уже не устойчивы. На возникновение оползней наибольшее влияние имеют дождевые осадки и  сотрясения. При сильных землетрясениях оползни возникают всегда. Что  же касается дождевых осадков, то это  зависит от многих условий. Например, в Альпах в качестве критической  границы принято количество осадков  выше 2500 мм. Выпадение такого количества осадков в короткий промежуток времени  представляет острую опасность.

.      Методы расчета оползней

Различаются локальные и региональные методы оценки и прогноза устойчивости склонов.

Локальные методы используются для оценки и  прогноза устойчивости на конкретных участках (по конкретным створам) в  пределах изучаемых склонов. Эти  методы являются основными при составлении  инженерно-геологического обоснования  застройки и других видов хозяйственного освоения склоновых территорий.

Региональные  методы предназначены для выявления  и прогноза степени распространенности оползней для значительных по площади  зон (или групп участков), выделенных на рассматриваемой обширной территории, причем каждая зона (группа участков) должна иметь относительно однородный комплекс факторов оползнеобразования. Положение  конкретных оползней в пределах каждой указанной зоны (группы участков) региональными  методами не устанавливается. В практике изысканий региональные методы могут  использоваться для обоснования  перспективных планов хозяйственного освоения больших по площади территорий, характерных наличием оползневых процессов. В качестве вспомогательных региональные методы могут применяться также  при крупномасштабном инженерно-геологическом  районировании оползневых склонов.

.      Основные противооползневые мероприятия

Активные  причины могут быть полностью  устранены рядом мероприятий, из которых главными являются: а) дренирование подземных вод; б) регулирование  поверхностного стока; в) защита грунтов  от выветривания; г) защита берегов  от размыва; д) создание механического  сопротивления движению земляных масс; е) изменение физико-механических свойств  грунта.

Дренирование подземных вод. Подземные воды вызывают или вынос частиц грунта (суффозия), или скольжение вышележащих напластований по увлажненной поверхности.

Поэтому для предохранения грунтов от вредного действия увлажнения следует  предотвратить поступление подземных  вод к оползневым склонам. Помимо этого, часто приходится осушать  непосредственно оползневый массив.

Эффективная борьба с оползнями может осуществляться только при одновременном перехвате вод выше оползня и осушении только при одновременном перехвате оползневого массива.

Дренажные сооружения для радикального перехвата  подземных вод располагают выше оползня, на достаточном расстоянии от границы оползня.

Сброс воды из дренажных сооружений нельзя осуществлять через оползневую зону. Водосборные сооружения должны закладываться  на устойчивых участках в обход оползневого  массива.

Перехват и отвод поверхностных вод являются необходимыми мероприятиями при любом типе оползней. Следует различать мероприятия по перехвату ливневых и талых вод перед оползневой зоной с отведением этих вод в обход оползневого массива и отвод поверхностных вод непосредственно с оползневых склонов.

Системой  лотков и открытых канав, путем вертикальной планировки территории, а в некоторых случаях и обвалования поверхностная вода перехватывается и отводится от оползневого склона. Дороги на склонах также могут являться водоотводными сооружениями. Отвод воды непосредственно оползневых склонов является сложной задачей в связи с трудностью обеспечения устойчивости водоотводных сооружений. Подвижка земляных масс может быстро разрушить лотки, и воды начнут поступать в грунт. В целях предотвращения разрушения лотков при подвижках грунта следует применять лотки специальных конструкций (например, телескопические).

Защита  грунтов от выветривания, т.е. от действия солнца, мороза, ветра и воды, также  является одним из необходимых мероприятий.

Для защиты грунтов применяются присыпка растительным грунтом, одерновка, посев трав, посадка  кустарников и деревьев.

.      Сдвижение горных пород при выемке твердых полезных ископаемых. 

СДВИЖЕНИЕ ГОРНЫХ ПОРОД (а. rock displacement; н. Gebirgsbewegung; ф. deplacement des roches; и. dislocacion de rocas, deslizamiento de rocas) — перемещение и деформирование массива горных пород вследствие нарушения его естественного равновесия при ведении горных работ. Непосредственно над очистной выработкой слои пород теряют сплошность и обрушаются в выработанное пространство. Высота зоны обрушения составляет от 2 до 6 m (m — вынимаемая мощность пласта, рудного тела), выше последовательно располагаются зона трещинообразования (высота 20-40 m), где в прогибающихся слоях образуются трещины, полностью пересекающие слои примерно по нормали к напластованию, и толща, где горные породы расслаиваются, прогибаясь без образования трещин. Вокруг очистной выработки за счёт зависания и прогиба пород образуется зона опорного давления, в которой породы в основном сжимаются, и за счёт этого площадь на земной поверхности, подвергающаяся сдвижению, по размеру всегда превышает площадь отработанного угольного пласта. При углах падения пластов больше угла трения по контактам слоев в массиве горных пород, расположенных по восстанию от верхней границы горных работ, возникает область сдвижений по напластованию. Разработка крутопадающих пластов вызывает сдвижение горных пород лежачего бока пласта. Часть массива твердых пород, подвергшаяся деформациям под влиянием горной выработки, называется областью сдвижения горных пород. Величины и распределение сдвижений и деформаций в области сдвижения горных пород зависят от горно-геологических условий. Величина сдвижений земной поверхности находится в прямой зависимости от вынимаемой мощности пласта и площади выработанного пространства и в обратной от глубины горных работ, а также зависит от способа управления кровлей. Часто для характеристики условий подработки сооружений пользуются понятием кратности подработки — отношением глубины подработки к вынимаемой мощности пласта. Чем больше кратность (при прочих равных условиях), тем меньше деформации земной поверхности. Зависимость максимальных оседаний от площади выработанного пространства характеризуют понятием о полноте подработки. Полной подработкой считается такая подработка, при которой дальнейшее увеличение площади отрабатываемого пласта не приводит к увеличению максимального оседания земной поверхности.  
 
На земной поверхности при её подработке образуется мульда сдвижения, в которой сдвижения распределяются неравномерно, и вследствие этого возникают вертикальные (наклон, кривизна) и горизонтальные (растяжения, сжатия) деформации, а подрабатываемые сооружения могут получить повреждения вплоть до разрушения. Для уменьшения деформаций земной поверхности применяют т.н. горные меры, к которым относятся разработка пластов с закладкой выработанного пространства, что уменьшает деформации земной поверхности на 50-90%; разработка на неполную мощность пласта (снижает деформации пропорционально уменьшению вынимаемой мощности); камерная система разработки с закладкой камер (уменьшает деформации на 90-95%). Горные меры включают также частичную отработку пласта по площади (уменьшение длины лав и размеров выработанного пространства по простиранию), уменьшающую деформации на 40-95%, и разработку пластов в свите с разрывом во времени более продолжительным, чем процесс сдвижения горных пород от одного пласта. Для исключения вредного влияния на подрабатываемые сооружения оставляют предохранительные целики. Для защиты зданий и сооружений от вредного влияния сдвижения горных пород применяют конструктивные (строительные) меры: разделение зданий на отсеки, усиление стен стальными тяжами и железобетонными поясами, анкеровка в стены концов балок перекрытий, выравнивание надземной части здания с помощью домкратов, устройство компенсационных траншей, гибких железобетонных плит в уровне пола подвала или цоколя, введение связей между колоннами и стенами, преобразование жёстких узлов каркаса в шарнирные.